Dr inż. Bogdan Słodki Politechnika Krakowska Wydział Mechaniczny Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji. Załącznik nr 2.

Transkrypt

1 Dr inż. Bogdan Słodki Politechnika Krakowska Wydział Mechaniczny Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji Załącznik nr 2 Autoreferat z wykazem publikacji Kraków, listopad 2014

2 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 2 Spis treści 1. Uzyskane tytuły i stopnie naukowe Przebieg pracy zawodowej Wykaz osiągnięć naukowo badawczych tabelarycznie Wskazanie osiągnięcia Syntetyczny opis dokonań w ramach osiągnięcia zawarty w jednotematycznym cyklu publikacji: Analiza efektywności pracy łamaczy wiórów płytek wieloostrzowych przy toczeniu materiałów trudnoskrawalnych w lokalnych warunkach obróbki Opis efektów badań naukowych w zakresie analizy efektywności pracy łamaczy wiórów płytek wieloostrzowych przy toczeniu materiałów trudnoskrawalnych w lokalnych warunkach obróbki Zakres i znaczenie prac badawczych dotyczących zjawisk występujących przy tworzeniu i formowaniu wióra Stanowiska badawcze Przykłady sekwencji łamania wióra i różnych form powstających wiórów Zużycie ostrza a postać wióra Wpływ warunków lokalnych na efektywny obszar pracy łamacza wióra Dobór parametrów obróbki przykłady algorytmów Struktura systemu wspomagania decyzji w doborze parametrów obróbki Realizacja projektów badawczych oraz współpraca naukowa z innymi jednostkami akademickimi Pozostałe osiągnięcia naukowo badawcze Przewodniczenie sesjom i konferencjom Recenzowanie artykułów Nagrody i wyróżnienia Opracowane i wdrożone nowe technologie Inne Charakterystyka dorobku dydaktycznego i organizacyjnego Działalność dydaktyczna Działalność organizacyjna Wykaz publikacji...37

3 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki Wykaz publikacji przed uzyskaniem stopnia doktora Wykaz publikacji po uzyskaniu stopnia doktora Syntetyczna charakterystyka ilościowa dorobku naukowego Publikacje w czasopismach wyróżnionych przez Journal Citation Reports Artykuły w czasopismach zagranicznych, recenzowane Publikacje w recenzowanym czasopiśmie krajowym lub zagranicznym wymienionym w wykazie ministra Artykuły lub rozdziały w krajowych pozycjach książkowych Autorstwo rozdziału w monografii Autorstwo monografii lub podręcznika akademickiego w języku polskim Publikowane materiały z konferencji zagranicznych Publikowane materiały z konferencji krajowych Skrypty w języku angielskim...48

4 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 4 1. Uzyskane tytuły i stopnie naukowe 1. Tytuł magistra techniki r. Wyższa Szkoła Pedagogiczna w Krakowie, Wydział Matematyczno Fizyczno Techniczny, kierunek studiów Wychowanie Techniczne, rok ukończenia Tytuł inżyniera mechanika 1981 r. Politechnika Krakowska, Wydział Mechaniczny, specjalność Samochody i Ciągniki, rok ukończenia Stopień doktora nauk technicznych w zakresie budowy i eksploatacji maszyn 1997 r. Temat rozprawy doktorskiej: Metoda quasi-optymalnego wyznaczania warunków skrawania w oparciu o wiedzę i eksperyment. Politechnika Krakowska, Wydział Mechaniczny, promotor prof. dr hab. inż. Lucjan Przybylski 2. Przebieg pracy zawodowej od 20 lipca 1977 roku pracownik techniczny, mechanik w Zakładzie Obrabiarek, Instytut Technologii Maszyn, Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska, od 01 czerwca 1997 roku starszy specjalista naukowo techniczny w Instytucie Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji, Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska, od 01 lutego 1998 roku, asystent naukowo badawczy w Zakładzie Obróbki i Systemów Narzędziowych w Instytucie Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji, Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska, od 15 marca 1999 roku do chwili obecnej, adiunkt w Zakładzie Obróbki i Systemów Narzędziowych (od 2009 roku nazwa zmieniona na Zakład Technologii i Modelowania Procesów Obróbki) w Instytucie Technologii Maszyn i Automatyzacji Produkcji, Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska.

5 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 5 3. Wykaz osiągnięć naukowo badawczych tabelarycznie Wykaz osiągnięć PRZED DOKTORATEM PO DOKTORACIE RAZEM Autor Współautor Autor Współautor Autor Współautor Publikacje * Publikacje w czasopismach wyróżnionych przez Journal Citation Reports. Artykuły w czasopismach zagranicznych, recenzowane. Publikacja w recenzowanym czasopiśmie krajowym lub zagranicznym wymienionym w wykazie ministra * - 3+1* Artykuły lub rozdziały w krajowych pozycjach książkowych Autorstwo rozdziału w monografii Autorstwo monografii lub podręcznika akademickiego w języku polskim. Publikowane materiały z konferencji zagranicznych Publikowane materiały z konferencji krajowych Skrypty w języku angielskim Patenty, wdrożenia 1. Wdrożone rozwiązania konstrukcyjne, technologiczne, itp Granty, projekty badawcze 1. Projekty badawcze krajowe ( ) Udział w realizacji międzynarodowych projektów badawczych ( ) Inne projekty międzynarodowe 1. Współpraca w ramach międzynarodowego projektu CEEPUS Inne prace (opinie, ekspertyzy, itp.) 1. Opinie o innowacyjności, celowości projektu *) artykuł warunkowo przyjęty do druku (po recenzjach) w czasopiśmie Machining Science and Technology

6 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 6 4. Wskazanie osiągnięcia Jako osiągnięcie wynikające z art. 16 ust.2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki wskazuję jednotematyczny cykl publikacji pt. Analiza efektywności pracy łamaczy wiórów płytek wieloostrzowych przy toczeniu materiałów trudnoskrawalnych w lokalnych warunkach obróbki. Na cykl składają się publikacje wymienione poniżej. 1. Słodki B., Zębala W.: Analiza pracy łamacza wiórów podczas toczenia materiałów trudnoskrawalnych. Inżynieria Maszyn (Machine Engineering), vol.11 No 4, 2006 r., ISSN X, s Słodki B., Zębala W.: The analysis of selected chipbreakers efficiency in difficult-to-cut materials turning in local operating features. Wydawnictwo Chmielnickiego Narodowego Uniwersytetu, Ukraina, Nr. 4/2007 s Słodki B., Zębala W.: Efektywny zakres pracy łamacza wiórów a lokalne warunki obróbki w toczeniu materiałów trudno skrawalnych. Obróbka skrawaniem, innowacje pod redakcją Jerzego Stósa, Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, Kraków 2008, ISBN , s Słodki B., Zębala W.: Stanowisko do rejestracji obrazów szybkozmiennych w procesach skrawania. Obróbka skrawaniem, zaawansowana technika pod redakcją Huberta Latosia, Wydawnictwo Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno - Przyrodniczego, Bydgoszcz 2009, ISBN , s Słodki B.: The example of chipformer operation under local operating features in turning. microcad 2009, Miskolc, Wegry, ISBN , s Słodki B.: High speed camera application in machining, w Development in Machining Technology - Scientific Research Reports, monografia pod redakcją Wojciecha Zębali, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, vol. 1, Kraków 2011, ISBN , s Słodki B.: Selected sequences of chip breaking process in turning nickel based superalloys. Advances in Manufacturing Science and Technology, vol. 35, nr. 2/2011, ISSN , s Słodki B., Struzikiewicz G.: Zmiana postaci wióra w procesie zużycia ostrza z węglików spiekanych w toczeniu wzdłużnym stopu Inconel 625. Obróbka skrawaniem, nauka a przemysł pod redakcją Wita Grzesika, Wydawnictwo Sutoris, ISBN , Opole 2011, s Słodki B.: Fizyczne i technologiczne aspekty zwijania i łamania wióra w obróbce superstopów na bazie niklu. Monografia, seria mechanika nr. 408, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, ISSN X, 2012 r. 10. Słodki B., Zębala W., Struzikiewicz G.: Weryfikacja cyklu łamania wióra w toczeniu wzdłużnym stopu Inconel 625. Mechanik nr. 8-9/2013, PL ISSN , s / Zębala W, Słodki B.: Cutting data correction in Inconel 718 turning. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, DOI /s x, Volume 65, Issue 5-8, 2013, s Słodki B.: Computer decision support system structure for machining data selection in turning. Advances in Manufacturing Science and Technology, vol. 37, no. 2/2013, s

7 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki Zębala W., Słodki B., Struzikiewicz G.: Productivity and reliability improvement in turning Inconel 718 alloy case study, (Poprawa produktywności i niezawodności toczenia stopu Inconel 718 studium przypadku). Eksploatacja i Niezawodność - Maintenance and Reliability, ISSN , vol. 15, No. 4, 2013 s Słodki B.: Chipformers reliability in Inconel 625 longitudinal turning. Management and Production Engineering Review, vol.4, no.2/2013, s Syntetyczny opis dokonań w ramach osiągnięcia zawarty w jednotematycznym cyklu publikacji: Analiza efektywności pracy łamaczy wiórów płytek wieloostrzowych przy toczeniu materiałów trudnoskrawalnych w lokalnych warunkach obróbki 1) W wyniku studiów literaturowych wykazanie, że istnieje niewiele opracowań naukowych, skupiających się na weryfikacji procesu łamania wióra w warunkach rzeczywistych/ lokalnych. 2) Opracowanie metody filmowania procesu powstawania i łamania wióra kamerą szybkoklatkową z szybkością wielu tysięcy klatek na sekundę, rozwiązanie szeregu problemów związanych z parametrami rejestracji obrazu i jego obróbki. 3) Wykazanie - nieopisywanego wcześniej - faktu występowania różnych sposobów łamania wióra przy toczeniu w jednym przejściu oraz opisanie innych jeszcze przypadków anomalii, jak i udokumentowanie poprawnych sekwencji łamania wióra, zgodnych z istniejącymi modelami procesu. 4) Obliczenie różnicy wartości temperatury na linii ścinania przy toczeniu wzdłużnym stopu Inconel 718, bazujące na opracowaniach teoretycznych i wykorzystujące pomiary rzeczywistych wartości kąta ścinania. 5) Wykazanie braku istotnego wpływu zużycia ostrza na postać otrzymywanego wióra pod warunkiem początkowego poprawnego doboru parametrów skrawania, zapewniającego właściwy proces łamania wióra. 6) Zbadanie wpływu lokalnych warunków obróbki na pola pracy wybranych łamaczy wiórów, zalecane przez producentów narzędzi. Z badań tych wynika, że bezkrytyczne przyjmowanie zaleceń katalogowych w zakresie doboru głębokości skrawania i posuwu może prowadzić w konsekwencji do otrzymania niewłaściwej postaci wióra. 7) Ze względu na brak praktycznych procedur doboru parametrów skrawania, uwzględniających postać otrzymywanego wióra, opracowanie modelu i procedury modyfikacji tychże parametrów określonych metodą programowania liniowego. 8) Opracowanie algorytmu doboru parametrów obróbki, aby uwzględniał on maksymalizację objętościowej wydajności obróbki przy toczeniu. Na tej podstawie opracowanie algorytmu doboru parametrów obróbki dla toczenia uwzględniającego postać wióra. Uwzględniając w algorytmie maksymalizację wartości posuwu, uzyskano poprawę wypełnienia rowka wiórowego, co pokazano na przykładach z zastosowaniem symulacji komputerowej. 9) Udowodnienie występowania obszarów nieciągłości formy powstających wiórów (korzystna, niekorzystna) przy zmianie wartości posuwu i zachowaniu stałych wartości pozostałych parametrów. Wytłumaczenie tego faktu można znaleźć w teorii katastrof, gdy przyjmie się hipotetycznie istnienie obszarów niestabilności procesu tworzenia się wióra w pewnych zakresach parametrów skrawania. 10) Podjęto próbę opracowania kompleksowej struktury systemu komputerowego wspomagania decyzji w doborze parametrów obróbki, wykorzystującego system monitorowania procesu.

8 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 8 5. Opis efektów badań naukowych w zakresie analizy efektywności pracy łamaczy wiórów płytek wieloostrzowych przy toczeniu materiałów trudnoskrawalnych w lokalnych warunkach obróbki 5.1. Zakres i znaczenie prac badawczych dotyczących zjawisk występujących przy tworzeniu i formowaniu wióra Moja praca naukowa jest związana z obróbką skrawaniem a w szczególności z doborem parametrów obróbki dla toczenia materiałów trudnoskrawalnych ze szczególnym uwzględnieniem formy powstającego wióra. Badania związane z kontrolą i kształtowaniem wiórów są prowadzone od wielu lat istnieje więc dość bogata literatura przedmiotu. Jednak zjawiska występujące w strefie skrawania nie były, i nie są do dzisiaj wyjaśnione kompleksowo, nie istnieje niezawodny system, prowadzący do kształtowania wiórów i sterowania ich postacią. Badacze starają się określić czynniki wpływające na formę wióra. Obecnie, ich liczbę określa się na ponad sto. Na rys.1 przedstawiono wybrane czynniki wpływające na kontrolę kształtu i łamanie wióra. Ich wzajemne powiązania oraz złożona struktura utrudniają w praktyce sterowanie postacią wióra w lokalnych warunkach obróbki przy zdefiniowanym układzie OUPN. Ma to szczególne znaczenie w obróbce materiałów trudnoskrawalnych, takich jak m. in. stopy żaroodporne używane do produkcji turbin i części silników lotniczych. Przykładem mogą być stopy Inconel 625 i Inconel 718. Bardzo wysokie wymagania dotyczące jakości obrobionej powierzchni wykluczają w tej produkcji jej kontakt z wiórem. Wybrane czynniki wpływające na kontrolę i łamanie wióra Mechaniczne właściwości materiału wióra Promień krzywizny wióra Grubość wióra Granica plastyczności wióra Moduł Younga materiału wióra Odkształcenie dopuszczalne materiału wióra Kąt spływu wióra Promień naroŝa Kąt pochylenia głównej krawędzi skrawającej Prędkość skrawania Geometria łamacza wióra Granica plastyczności materiału wióra Współczynnik spęczania wióra Promień naroŝa Twardość materiału obrabianego Prędkość skrawania Posuw Ciecz obróbkowa Kąt natarcia Moduł Younga materiału wióra Posuw Głębokość skrawania Kąt przystawienia Rys. 1. Czynniki wpływające na postać wióra

9 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 9 Producenci narzędzi poświęcają wiele uwagi problemowi łamania wiórów, szczególnie w erze użytkowania elastycznych systemów produkcyjnych. Obrabiarki CNC uniemożliwiają ingerencję operatora w trakcie procesu obróbki i usuwanie wiórów. Proces ten musi być całkowicie zautomatyzowany. W katalogach można znaleźć zalecenia dotyczące obszarów zastosowań poszczególnych konstrukcji łamaczy wiórów, a także szczegółowe wskazówki nt. zakresu posuwu i głębokości skrawania. W praktyce rekomendacje te są często bezkrytycznie przyjmowane przez technologów, i to bez znajomości faktu, że lokalne warunki obróbki mogą mieć istotny wpływ na obszar zastosowania łamacza wióra. Lokalne warunki obróbki obejmują zbiór czynników mających wpływ na jakość procesu skrawania na danym stanowisku obróbkowym. Najbardziej istotnymi są: obrabiarka (stan techniczny stopień zużycia, dokładność, rodzaj posadowienia, jakość podłoża pod obrabiarką), sposób ustalenia przedmiotu obrabianego (uchwyt, kły), właściwości materiału obrabianego (np. stale stopowe zawierają składniki stopowe w pewnych dopuszczalnych przedziałach, ten sam rodzaj materiału obrabianego dostarczony przez różnych producentów może mieć zbliżony, ale nie taki sam skład chemiczny lub różnić się twardością), narzędzie (normalizacja kształtów i wymiarów płytek wieloostrzowych pozwala na stosowanie oprawek pochodzących od różnych producentów), rodzaj cieczy obróbkowej stosowanej w danej obrabiarce. Przeprowadzone testy rozpoznawcze dla stopu żaroodpornego Inconel 718 nie potwierdziły poprawnej pracy łamacza w lokalnych warunkach obróbki, w całym zalecanym przez producenta obszarze zastosowań. Można było zauważyć, że nawet niewielkie zmiany posuwu mogą doprowadzić do uzyskania akceptowalnej lub nieakceptowanej postaci wióra (tabela 1). Tabela 1. Fotografie otrzymanych wiórów przy toczeniu wzdłużnym stopu Inconel 718, v c = 65 m/min, łamacz SM Ponieważ rozwój inżynierii materiałowej jest obecnie szybszy niż rozwój narzędzi baza wiedzy dotycząca całokształtu zjawisk w obróbce wiórowej części maszyn ze stopów żaroodpornych jest do dnia dzisiejszego ograniczona. Z tego typu opracowań korzysta m.in. przemysł lotniczy (silniki odrzutowe), który jest jedną z gałęzi przemysłu wiodących pod względem rozwoju i innowacyjności. Zalecenia producentów narzędzi, odnoszące się do doboru parametrów obróbki, geometrii ostrzy skrawających są w dalszym ciągu niewystarczające i oparte w zbyt dużym stopniu na metodzie prób i błędów.

10 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 10 Wśród zastosowanych technik badawczych w obróbce skrawaniem można wyróżnić podejście związane z eksperymentem i modelowaniem. Eksperyment jest prowadzony zazwyczaj w ściśle zdefiniowanych laboratoryjnych warunkach obróbki. W publikacjach zwykle ogranicza się on do opisu zjawisk zachodzących pomiędzy wybraną parą: ostrze-materiał obrabiany. Uogólnianie opisu zjawisk zweryfikowanych w ten sposób jest niewłaściwe, ponieważ rzeczywiste, lokalne warunki obróbki (układ OUPN) różnią się od laboratoryjnych. Otrzymane wyniki są właściwe tylko dla środowiska, w którym dany eksperyment przeprowadzono. Podejście polegające na tworzeniu modeli jest efektowne pod względem naukowym, natomiast mniej efektywne pod względem praktycznym. Modelowane zjawiska bowiem podlegają zawsze uproszczeniu. Na przykład w zakresie obróbki toczeniem często autorzy ograniczają się do toczenia ortogonalnego, które niestety stanowi tylko fragment rzeczywistości przemysłowej. Przykładem może być model powstawania wióra w toczeniu ortogonalnym (rys.2), który opisuje tylko fragmentarycznie występujący proces łamania wióra. W rzeczywistości w przeważającej liczbie przypadków mamy do czynienia z bardziej złożonym formowaniem wióra pokazanym na rys. 3. Teoretyczne modele procesu łamania wióra mogą być weryfikowalne pozytywnie w nielicznych przypadkach praktycznych. Symulacje komputerowe wymagają określenia stałych materiałowych, których dostępność jest ograniczona. Należy pamiętać, że właściwości materiału wióra są różne od właściwości materiału obrabianego. Powodem okazuje się istota procesu skrawania, polegająca na dostarczeniu odpowiedniej energii w tę strefę, wpływ temperatury oraz procesy zgniotu i dekohezji materiału obrabianego. Ograniczenie się do symulacji, bez weryfikacji w rzeczywistych warunkach obróbki, co umożliwiłoby korektę przyjętych modeli, jest również niewłaściwe. Jeżeli taka weryfikacja następuje, to jest ona ograniczona do rejestracyjnych możliwości aparatury pomiarowej. Rys. 2. Model skrawania ortogonalnego Rys. 3. Toczenie ortogonalne, stal automatowa Dowodem na występowanie braków opisanych powyżej są starania producentów narzędzi w zakresie konstruowania łamaczy wiórów na płytkach wieloostrzowych z węglików spiekanych. Informacje zebrane od użytkowników i od producentów narzędzi stwierdzają 50%-70% poprawność pracy łamaczy. Weryfikacja jest dokonywana na zasadzie wielu testów w wybranych zakładach produkcyjnych. Obecnie znana teoria może służyć tylko w pewnym zakresie, na początkowym etapie konstruowania łamaczy.

11 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 11 W związku ze stanem obecnym należy skupić się na kompleksowych badaniach dla wybranych materiałów i narzędzi skrawających, tak, aby uzyskać wzbogacenie bazy wiedzy technologicznej w określonym zakresie. Istotą prowadzenia badań w opisywanym zakresie jest rejestracja obrazu zjawisk w strefie skrawania za pomocą stanowiska badawczego wyposażonego w kamerę szybkoklatkową. Równoczesne pomiary składowych sił skrawania i temperatury pozwalają na ich korelację z formą powstających wiórów i są podstawą doboru parametrów obróbki. 1. Słodki B.: Fizyczne i technologiczne aspekty zwijania i łamania wióra w obróbce superstopów na bazie niklu, monografia, seria mechanika nr. 408, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, ISSN X, 2012 r. rozdział Stanowiska badawcze Do realizacji zadań badawczych zestawiono trzy stanowiska badawcze, tj. stanowisko do rejestracji obrazów szybkozmiennych, stanowisko do rejestracji składowych sił skrawania oraz stanowisko do pomiaru temperatury w strefie skrawania. Wspólnym elementem stanowisk była odpowiednio zaadaptowana (wykonano zestaw wysięgników, umożliwiających montaż kamer i oświetlenia) tokarka precyzyjna Masterturn 400 (rys.4). Poszczególne układy pomiarowe mogły pracować indywidualnie lub być uruchamiane jednocześnie. Stanowiska umożliwiły kompleksową obserwację strefy obróbki i pomiary składowych siły całkowitej oraz temperatury. Stanowisko badawcze do rejestracji procesu tworzenia i spływu wióra składa się z następujących elementów: 1. Kamery szybkoklatkowej, Phantom V5.2, 2. Obiektywu do zdjęć: wymiennego, użyto obiektywu typu makro Nikkor AF Micro 200 mm f/4d, 3. Zestawu oświetleniowego punktowego (światła zimnego), składającego się z reflektorów ze statywami oraz zasilacza o mocy 600 W, 4. Zestawu oświetleniowego światła rozproszonego o mocy 2000 W wraz ze statywem. Stanowisko badawcze sił skrawania zostało zestawiony z wykorzystaniem: 1. Siłomierza KISTLER, typ 9257B (zakres pomiarowy ± 5 kn, dokładnośc pomiaru F f, F p : ±0,25 N, F c : ±1N), 2. Imaka nożowego, montowanego na siłomierzu typ 9403, 3. Wzmacniacza 8-kanałowego typ. 5070A12100, 4. Karty przetwornika AC dla szyny PCI typ 2855A4, 5. Oprogramowania DynoWare, wersja 2.4 dla Windows. Tor badawczy temperatury w strefie skrawania składał się z: 1. Kamery termowizyjnej FLIR SC620 umożliwiającej pomiar temperatury w zakresie -40 do o C, rozdzielczość detektora <0,055 o C, dokładność pomiaru +/- (2% lub 2 o C), 2. Komputera klasy PC z zainstalowanym oprogramowaniem Therma CAM Researcher Pro 2.9, połączonego przez łącze szeregowe FireWire z kamerą.

12 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 12 Rys. 4. Kompletne stanowisko badawcze; 1) tokarka Masterturn 400, 2) oświetlenie, 3) kamera Phantom V5.2 z obiektywem Nikkor, 4) kamera termowizyjna Flir 620, 5) siłomierz Kistler, 6) wzmacniacz sygnału Kistler Szczegółowy opis stanowiska można znaleźć w: 1. Słodki B., Zębala W.: Stanowisko do rejestracji obrazów szybkozmiennych w procesach skrawania, Obróbka skrawaniem zaawansowana technika pod redakcją Huberta Latosia, Wydawnictwo Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno - Przyrodniczego, Bydgoszcz 2009, ISBN , s Słodki B.: High speed camera application in machining, w Development in Machining Technology - Scientific Research Reports, monografia, pod redakcją Wojciecha Zębali Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, vol. 1, Kraków 2011, ISBN , s Słodki B.: Fizyczne i technologiczne aspekty zwijania i łamania wióra w obróbce superstopów na bazie niklu, monografia, seria mechanika nr. 408, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, ISSN X, 2012 r. rozdział Przykłady sekwencji łamania wióra i różnych form powstających wiórów Poniżej przedstawiono wybrane przypadki poprawnych cykli łamania wióra. Rys.5 prezentuje wzorcową, sekwencję łamania wióra o powierzchnię przyłożenia. Powstaje wiór korzystny, krótki, spływający w kierunku posuwu. Toczenie z posuwem f = 0,211 mm/obr powoduje w obserwowanym przypadku dobre wypełnienie rowka wiórowego.

13 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 13 Rys. 5. Poprawna sekwencja łamania wióra: Inconel 718, v c =75 m/min, f = 0,211 mm/obr, a p =2,0 mm, łamacz -23, rejestracja 1000kl/sek, czas pomiędzy ujęciami a) i f) 6ms, e) wiór pęka i oddziela się po uderzeniu w powierzchnie przyłożenia Innym przykładem jest sfilmowana od strony powierzchni natarcia sekwencja łamania wióra podczas toczenia Inconelu 625 (rys.6). Pomimo ogólnej poprawności cyklu łamania, zaobserwowano zjawisko formowania dodatkowego wyciskanego wióra (wskazanie białą strzałką), który nie powstaje na skutek procesu skrawania, lecz wyciskania materiału krawędzią skrawającą. Zjawisko to przyczynia się zapewne do zużycia ostrza na skutek powstawania karbu na powierzchni przyłożenia, co jest charakterystycznym rodzajem zużycia w toczeniu stopów Inconelu. Wiór ten odrywa się od materiału obrabianego, nieregularnie, uderzając w powierzchnie zewnętrzną wióra zasadniczego. Uderzenia te zakłócają pomiar składowych całkowitej siły skrawania. Powodem tego zjawiska, oprócz właściwości materiału może być zbyt duży promień krawędzi skrawającej (w tym przypadku r n = 35 μm), utrudniający wcinanie się ostrza w materiał. Rys. 6. Sekwencja poprawnego cyklu łamania wióra o powierzchnię przyłożenia: Inconel 625, widok od powierzchni natarcia, wybrane 6 klatek z 23 zarejestrowanych w sekwencji, v c =75 m/min, f = 0,211 mm/obr, a p = 1,5 mm, łamacz -23, rejestracja 3100 klatek/s, czas pomiędzy ujęciami a) i f) 1,65 ms, strzałka pokazuje tworzenie się dodatkowego wióra

14 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 14 Inny przykład ilustrujący zjawisko przedstawiono na rys. 7. Rys. 7. Fotografia wiórów wyciskanych w procesie toczenia Kolejny przykład łamania wióra, tym razem o powierzchnię nieobrobioną przedmiotu, przedstawia rys. 8. Interesujący jest fakt, że pomimo cykliczności zjawiska, spotyka się przejście od stanu pokazanego na rys. 8a do innej formy łamania wióra, co opisano poniżej. Rys. 8. Przykład sekwencji poprawnego cyklu łamania wióra o nieobrobioną powierzchnię przedmiotu: Inconel 625, v c = 65 m/min, f = 0,153 mm/obr, a p = 1,5 mm, łamacz SM, a) wiór uderza o powierzchnię nieobrobioną i zawija się, co powoduje zginanie w kierunku przeciwnym do ruchu posuwu, b) wiór pęka po przekroczeniu granicy wytrzymałości na zginanie Pomimo faktu, że w niektórych obszarach rekomendowanego zakresu zastosowań łamaczy wiórów występuje poprawny sposób ich łamania, zauważyć można liczne anomalie, skutkujące niekorzystną formą wióra. Rys. 9 jest przykładem radykalnej zmiany postaci wióra w zależności od wartości posuwu.

15 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 15 Rys. 9. Przykład niekorzystnej formy wióra Inconel 625 dla v c = 65 m/min, a p = 0,5 mm, f = 0,077 mm/obr, i poprawna forma dla tej samej prędkości skrawania i głębokości ale dla posuwu f = 0,249 mm/obr, łamacz SM, rejestracja 1000 klatek/s w obydwu przypadkach Zazwyczaj w praktyce przemysłowej okazuje się, że łamacze wióra są skuteczniejsze dla większych głębokości skrawania i posuwów. Granicą górnych wartości zarówno głębokości skrawania i posuwu jest wytrzymałość materiału płytki skrawającej. Po jej przekroczeniu zwykle następuje nieuniknione zużycie katastroficzne ostrza. Udokumentowano również zjawisko dwóch sposobów łamania wióra przy tych samych parametrach skrawania w jednym przejściu. Dla parametrów skrawania:v c = 65 m/min, a p = 2,5 mm, f = 0,153 mm/obr uzyskano korzystną postać wióra, a łamanie wióra następowało poprzez uderzenie w nieobrobioną powietrznię przedmiotu, co pokazano wcześniej na rys. 8, albo (chociaż pierwsza faza wyglądała identycznie) przez uderzenie wióra, który ześlizgnął się z nieobrobionej powierzchni na powierzchnię przyłożenia narzędzia (rys. 10). Obydwa sposoby łamania występowały losowo w trakcie jednego przejścia. Rys. 10. Dwa sposoby łamania wióra w jednym przejściu, Inconel 625, v c = 65 m/min, a p = 2,5 mm, f = 0,153 mm/obr, łamacz SM, rejestracja 1000 klatek/s Na rys. 11. pokazano inny nietypowy przypadek formowania wióra niekorzystnego, pomimo, że parametry skrawania przyjęto w zakresie zalecanym przez producenta narzędzia. Podczas wcinania się ostrza w materiał, wiór pomimo znacznej wartości posuwu nie wypełnia prawdopodobnie

16 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 16 dostatecznie rowka wiórowego, spływa po pomocniczej powierzchni przyłożenia (rys 11b), zawija się pod płytką skrawającą, opiera o obrobioną powierzchnię, zapewne uszkadzając ją. Występuje tu przypadek całkowitego braku kontroli nad wiórem. Rys. 11. Przykład braku kontroli nad wiórem w toczeniu stopu Inconel 718 v c = 50 m/min, a p = 2,0 mm, f = 0,211 mm/obr, łamacz -23, rejestracja 1000 klatek/sek, czas trwania zjawiska od kadru a) do f) wynosił 79ms, wybór 6 zdjęć ze zbioru 79 zarejestrowanych klatek Przeprowadzone obserwacje prowadzą do konkluzji, że obecnie istniejące opisy procesów zwijania i łamania wiórów są właściwe tylko dla pojedynczego cyklu łamania wióra. Dzieje się tak, ponieważ na zwijanie i łamanie wióra mają wpływ zarówno czynniki przedstawione na rys. 1, jak i zdaniem autora mogą pojawić się dodatkowe czynniki zakłócające, takie jak lokalne zmiany struktury materiału obrabianego, drgania układu OUPN, prowadzące do niepełnego wypełnienia rowka wiórowego, lub wahania temperatury w strefie skrawania, mogące być przyczyną zmiany kierunku spływu wióra, promienia jego krzywizny czy długości styku wióra z powierzchnią łamacza. 1. Słodki B.: Selected sequences of chip breaking process in turning nickel based superalloys, Advances in Manufacturing Science and Technology, vol. 35, nr. 2/2011, ISSN , s Słodki B.: Fizyczne i technologiczne aspekty zwijania i łamania wióra w obróbce superstopów na bazie niklu, monografia, seria mechanika nr. 408, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, ISSN X, 2012 r. rozdział Słodki B., Zębala W., Struzikiewicz G.: Weryfikacja cyklu łamania wióra w toczeniu wzdłużnym stopu Inconel 625 Mechanik nr. 8-9/2013, PL ISSN , s / Zużycie ostrza a postać wióra Podczas przeprowadzania badań (płytka firmy ISCAR VCMT SM IC 907 z łamaczem SM, materiał obrabiany Inconel 625) zaobserwowano typowe rodzaje zużycia płytki, jednakże zużyciem dominującym okazało się zużycie ścierne, które skutkowało powstaniem starcia na powierzchni przyłożenia.

17 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 17 Zmianę w czasie średniej szerokości pasma zużycia (VB B ) dla poszczególnych prób przedstawiono na rys. 12. Wyznaczona krzywa dla posuwu f = 0,077 mm/obr prezentuje klasyczny charakter zużycia ostrza w czasie. Wraz ze wzrostem wartości posuwu krzywe do granicznej wartości VB B = 0,3 mm zmieniają charakter na zbliżony do przebiegu liniowego. Fotografie na rys. 13 pokazują stopniowo rosnące zużycie powierzchni przyłożenia płytki. Po czasie skrawania t s = 98 s zużycie przekroczyło wartość VB B > 0,45 mm i zaobserwowano powstanie niekorzystnej postaci wióra. Rys. 12. Zmiana wskaźnika VB B zużycia ostrza w czasie obróbki w kolejnych testach a) b) c) d) Rys. 13. Kolejne etapy zużycia płytki a) płytka nowa, b) zużycie VB B = 0,12 mm, c) zużycie VB B = 0,2 mm, d) zużycie VB B = 0,3 mm; f = 0,077 mm/obr, v c = 65 m/min, a p = 1 mm Porównując krawędzie skrawające nową i zużytą zauważono widoczny ubytek masy, powiązany ze zmianą kształtu krawędzi skrawającej. Występuje na niej widoczne zużycie mechaniczne, które skutkowało powstaniem licznych bruzd, mini kraterów, wyżłobień (rys. 14b), a także zużycie adhezyjne (co można wnioskować przez zaobserwowane powstawanie narostu). Analiza uzyskanej topografii powierzchni natarcia zużytego ostrza (za pomocą mikroskopu 3D) ujawniła znaczne obniżenie krawędzi skrawającej oraz niemalże całkowite zużycie tylnej ścianki rowka łamacza wiórów (zaznaczone strzałką na rys. 15b). Zużycie to zostało spowodowane bezpośrednio przez tarcie przemieszczającego się wióra po powierzchni rowka wiórowego. a) b) Rys. 14. Widok fragmentu krawędzi skrawającej płytki uzyskanej za pomocą profilografometru Form Talysurf Intra 50 z oprogramowaniem Talymap a) nowa krawędź skrawająca, b) zużyta krawędź skrawająca po czasie t s = 42 s; f = 0,153 mm/obr, v c = 65 m/min, a p = 1 mm

18 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 18 a) b) Rys. 15. Widok 3D powierzchni natarcia uzyskany za pomocą mikroskopu Keyence: a) płytka nowa b) płytka zużyta po czasie skrawania t s = 98 s, strzałka wskazuje zużycie tylnej ścianki rowka wiórowego; f = 0,077 mm/obr, v c = 65 m/min, a p = 1 mm Otrzymane wióry podczas toczenia zostały opisane wg PN-ISO 3685 (typ i rodzaj wióra) oraz poddane ocenie. Przykłady przedstawiono w tabelach 2 i 3. Z wyników badań można stwierdzić, iż przez większość czasu pracy ostrza, wióry wykazywały postać korzystną. W tabeli 2 przedstawiono fotografię przykładowych wiórów przy zużyciu VB B = 0,3 mm, natomiast w tabeli 3 zaprezentowano fotografie wiórów o niekorzystnej postaci otrzymanych po przekroczeniu przyjętej maksymalnej wartości zużycia ostrza. Nadmienić należy, że dla posuwu f = 0,153 mm/obr korzystną postać wiórów uzyskiwano aż do zużycia VB B = 0,55 mm. Dla posuwu f = 0,077 mm/obr korzystną postać wiórów otrzymywano do zużycia VB B = 0,45 mm a dla posuwuf = 0,211 mm/obr do VB B = 0,4 mm. Tabela 2. Fotografie oraz charakterystyka wiórów otrzymanych podczas toczenia wzdłużnego stopu Inconel 625 dla zużycia VB B = 0,3 mm f = 0,077 mm/obr VB B = 0,3 mm f = 0,153 mm/obr VB B = 0,3 mm f = 0,211 mm/obr VB B = 0,3 mm Wióry korzystne: śrubowy krótki, wiór łukowy luźny.

19 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 19 Tabela 3. Fotografie oraz charakterystyka wiórów niekorzystnych otrzymanych podczas toczenia wzdłużnego stopu Inconel 625 f = 0,077 mm/obr VB B > 0,45 mm f = 0,153 mm/obr VB B > 0,55 mm f = 0,211 mm/obr VB B > 0,4 mm Wióry niekorzystne: wiór splątany, łukowy związany i śrubowy splątany. Po analizie przeprowadzonych testów można wyrazić przypuszczenie, iż zużycie płytki tokarskiej VCMT SM firmy ISCAR na powierzchni przyłożenia nie ma znaczącego wpływu na uzyskiwaną postać wióra przy stałych parametrach obróbki. Przez większą część pracy płytki (docieranie i prawidłowy okres pracy) wióry wykazywały postać korzystną. Wiór był łukowy, luźny, dopiero przy znacznym zużyciu ostrza zmieniał postać na związaną lub splątaną. Wiązało się to z osiągnięciem zużycia przyspieszonego, wtedy wiór korzystny zmienił postać na niekorzystną. W badaniach próby doświadczalne były przeprowadzone, jak wspomniano wcześniej, bez cieczy obróbkowej, co miało znaczny wpływ na skrócenie okresu trwałości ostrza. Szybkie zużycie ostrza należy przypisać właściwościom stopu Inconel 625, a głównie współczynnikowi przewodności cieplnej równemu 9,8 W/(m K), podczas gdy przewodność cieplna stali, przykładowo C45, wynosi 50 W/(m K). Powoduje to koncentrację pola temperatury (głównej przyczyny zużycia) w ostrzu narzędzia, a nie w wiórze. Podstawową przyczyną powstawania wióra niekorzystnego było zużycie tylnej ścianki rowka wiórowego (rys. 15b). Następowało ono znacznie wolniej niż zużycie krawędzi skrawającej dzięki stosunkowo dużej powierzchni styku wióra z powierzchnią tylnej ścianki rowka (obszar zużycia skoncentrowanego) oraz zapewne obniżonej już temperaturze w tym obszarze. Aby potwierdzić wysunięte wnioski, należałoby przeprowadzić szereg badań z wykorzystaniem ostrzy z różnymi typami łamaczy wiórów. Na rys. 16 pokazano przykład zmiany formy powstającego wióra przy postępującym zużyciu ostrza. Rys. 16. Przykład zmiany formy wióra i wielkości zużycia VB B w czasie obróbki w kolejnych testach;f = 0,153 mm/obr, v c = 65 m/min, a p = 1 mm

20 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 20 Ponadto w kilku testach dla zestawu parametrów f = 0,077 mm/obr, v c = 65 m/min, a p = 1,0 mm, stwierdzono powstawanie narostu będącego bezpośrednią przyczyną przejściowej zmiany postaci wióra na niekorzystną (rys. 17). a) b) Rys. 17. Wpływ narostu na postać wióra: a) fotografia narostu b) fotografia wiórów; f = 0,077 mm/obr, v c = 65 m/min, a p = 1 mm Po jego usunięciu nastąpił powrót do korzystnej postaci wióra. Wynika stąd, iż testowany zestaw parametrów jest niekorzystny, technolog może zostać wprowadzony w błąd przypisując niekorzystną postać wióra zużyciu ściernemu powierzchni przyłożenia. 1. Słodki B., Struzikiewicz G.: Zmiana postaci wióra w procesie zużycia ostrza z węglików spiekanych w toczeniu wzdłużnym stopu Inconel 625, Obróbka skrawaniem, nauka a przemysł pod redakcją Wita Grzesika, Wydawnictwo Sutoris, ISBN , Opole 2011, s Słodki B.: Fizyczne i technologiczne aspekty zwijania i łamania wióra w obróbce superstopów na bazie niklu, monografia, seria mechanika nr. 408, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, ISSN X, 2012 r. rozdział Wpływ warunków lokalnych na efektywny obszar pracy łamacza wióra Pośród zaleceń katalogowych można wyróżnić te adresowane dla pól pracy łamaczy wiórów. Praktyka technologiczna wskazuje, że zalecenia te nie zawsze mają potwierdzenie w praktyce. Korzystając ze stanowiska rejestracji obrazów szybkozmiennych, zbadano dla wybranych prędkości skrawania wpływ lokalnych warunków obróbki na pracę łamacza 23 firmy Sandvik Coromant i łamacza SM firmy ISCAR w obróbce toczeniem wzdłużnym stopów Inconel 625 i 718. Poniżej zaprezentowano dwa przykłady dla stopu Inconel 625. Geometrię łamacza 23 i widok narzędzia przedstawia rys.18; analogicznie, geometrię łamacza SM i widok narzędzia przedstawia rys. 19. W tabeli 4 podano charakterystykę narzędzi stosowanych w próbach skrawaniem.

21 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 21 Rys. 18. Zmierzone wymiary łamacza wióra typ 23 i widok narzędzia Rys. 19. Zmierzone wymiary łamacza wióra typ SM i widok narzędzia Tabela 4. Charakterystyka narzędzi stosowanych w badaniach Producent ostrza Sandvik Coromant ISCAR Oznaczenie płytki WNMG VCMT SM Gatunek węglików GC 1105 IC 907 Oprawka PWLNR 2020K 08 SVJCR 2020K-16 Zalecane przez producenta pole pracy łamacza a p = 0,5 4,0 mm f = 0,1 0,3 mm/obr a p = 0,5 2,5 mm f = 0,05 0,25 mm/obr Przykładowe wyniki pokazano poniżej. W tabeli 5 zaprezentowano fotografie otrzymanych wiórów przy toczeniu wzdłużnym stopu Inconel 625, v c = 75 m/min, łamacz 23. Rysunki 20 i 21 prezentują klasyfikację otrzymanych wiórów w przeprowadzonym obszarze prób dla Inconelu 625 i łamacza 23 dla v c = 75 m/min oraz użyteczny zakres pracy łamacza 23 w lokalnych warunkach obróbki, w których przeprowadzano próby toczeniem.

22 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 22 Tabela 5. Fotografie otrzymanych wiórów przy toczeniu wzdłużnym stopu Inconel 625, v c = 75 m/min, łamacz 23 Rys. 20. Klasyfikacja otrzymanych wiórów w przeprowadzonym obszarze prób skrawnych dla Inconelu 625 i łamacza 23 dla v c = 75 m/min Rys. 21. Użyteczny zakres pracy łamacza 23 w toczeniu stopów Inconel 625 w obszarze przeprowadzanych prób w lokalnych warunkach obróbki dla v c = 75 m/min W przypadku łamacza 23 można zauważyć charakterystyczną korzystną zmianę postaci wiórów przy zmianie wartości posuwu dla różnych głębokości skrawania. Zaskoczeniem jest niewielka skuteczność pracy tego łamacza w warunkach lokalnych, w których prowadzono badania (efektywność 47%). W tabeli 6 zaprezentowano fotografie otrzymanych wiórów przy toczeniu wzdłużnym stopu Inconel 625, v c = 65 m/min, łamacz SM. Rysunki 22 i 23 prezentują klasyfikację otrzymanych wiórów w przeprowadzonym obszarze testów skrawnych dla Inconelu 625 i łamacza SM dla v c = 65 m/min oraz użyteczny zakres pracy łamacza SM w lokalnych warunkach obróbki, w których przeprowadzano próby toczeniem.

23 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 23 Tabela 6. Fotografie otrzymanych wiórów przy toczeniu wzdłużnym stopu Inconel 625, v c = 65 m/min, łamacz SM Rys. 22. Klasyfikacja otrzymanych wiórów w przeprowadzonym obszarze prób skrawnych dla Inconelu 625 i łamacza SM, v c = 65 m/min Rys. 23. Użyteczny zakres pracy łamacza SM w toczeniu stopu Inconel 625 w obszarze przeprowadzanych prób w lokalnych warunkach obróbki, v c = 65 m/min W przeprowadzonych przez autora próbach obróbkowych można zauważyć charakterystyczne częste wystąpienie gwałtownej zmiany postaci wióra przy zmianie wartości posuwu. Jest to widoczne przykładowo dla łamacza SM w przypadku głębokości skrawania a p = 2,5 mm, po zmianie posuwu z f = 0,125 mm/obr na wartość f = 0,153 mm/obr (Tabela 6). Efektywność pracy łamacza SM wynosiła około 80%. Z powyższych badań wynika, że obszary użytecznej pracy łamaczy wiórów dla dwóch przetestowanych narzędzi różnią się, chociaż posiadają pewną część wspólną. Obydwa łamacze pracują poprawnie dla wyższych wartości posuwu (następuje lepsze wypełnienie rowka wiórowego). Uzyskane wyniki nie pozwalają jednak na stwierdzenie, że zaprojektowane łamacze wiórów nie spełniają w 100% swojej funkcji. W innych lokalnych warunkach obróbki pola skutecznych zastosowań mogą różnić się istotnie od zaprezentowanych. Wspólną cechą dla obydwu łamaczy jest ich mała skuteczność działania dla małych, ale także zalecanych wartości posuwu. Jest to charakterystyczne zarówno dla łamacza SM jak i 23. Poza tym stwierdzono, że istnieją obszary poprawnej pracy łamaczy, gdzie powstają wióry korzystne lub akceptowalne, przedzielone (dla tej samej głębokości skrawania) obszarami powstawania wiórów niekorzystnych. Można to zaobserwo-

24 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 24 wać dla łamacza 23 przy toczeniu Inconelu 625 dla głębokości skrawania a p = 2,0 mm, v c = 75 m/min (Tabela 5, czerwony prostokąt) lub przy toczeniu tego samego stopu ostrzem z łamaczem SM, a p = 2,5 mm, v c = 65 m/min (Tabela 6, czerwony prostokąt). Znaczy to, że niekiedy przy zwiększaniu posuwu nie jest oczywiste powstanie wióra korzystnego. Zjawisko to jest trudne do wyjaśnienia, ale najwłaściwsze jest zastosowanie teorii katastrof. W tym przypadku niewielka zmiana morfologii materiału obrabianego (nieciągłość struktury materiału) może mieć decydujący wpływ na postać wióra. Problemy poruszone powyżej opisano w: 1. Słodki B., Zębala W.: The analysis of selected chipbreakers efficiency in difficult-to-cut materiale turning in local operating features, Wydawnictwo Chmielnickiego Narodowego Uniwersytetu, Ukraina, Nr. 4/2007 s Słodki B.: The example of chipformer operation under local operating features in turning, microcad 2009, Miskolc, Wegry, ISBN , s Słodki B.: Fizyczne i technologiczne aspekty zwijania i łamania wióra w obróbce superstopów na bazie niklu, monografia, seria mechanika nr. 408, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, ISSN X, 2012 r. rozdział Zębala W, Słodki B.: Cutting data correction in Inconel 718 turning, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, DOI /s x, Volume 65, Issue 5-8, 2013, s Słodki B.: Chipformers reliability in Inconel 625 longitudinal turning, Management and Production Engineering Review, vol.4, no.2/2013, s Dobór parametrów obróbki przykłady algorytmów Zagadnienie doboru parametrów obróbki w procesie produkcyjnym jest podstawowym problemem, z którym spotykają się przygotowujący ten proces technolodzy. Ich działania są ograniczone różnymi czynnikami, takimi jak park maszynowy czy zbiór narzędzi, którymi dysponują. Muszą też wziąć pod uwagę wielkość serii, jakość wyrobu, wydajność oraz koszty wykonania. Kolejnym problemem jest wybór najlepszego rozwiązania spośród dużej liczby możliwych. Aby zilustrować kwestię, na rys. 24 przedstawiono czynniki, które powinny być uwzględnione w procesie doboru warunków obróbki skrawaniem.

25 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 25 Rys. 24. Zbiór czynników podlegających uwzględnieniu przy doborze parametrów obróbki Zadaniem każdego technologa jest dążenie do znalezienia rozwiązania optymalnego, co przy uwzględnieniu dużej liczby możliwych rozwiązań nie jest rzeczą łatwą. Efektywność procesu zależy od poprawności podejmowanych decyzji w złożonym cyklu projektowym. Na wstępie są one podejmowane przy niepełnych danych początkowych na podstawie uogólnionych zaleceń producentów narzędzi lub norm technologicznych. Racjonalny dobór warunków obróbki jest wynikiem uwzględnienia i uzgodnienia: 1. Wymagań technicznych stawianych przez konstruktora, które powinny uwzględniać w możliwie najszerszym stopniu kryteria jakościowe wyrobu. W praktyce sprowadzają się one do wyznaczenia dokładności wymiarowo- kształtowej i jakości powierzchni obrobionej. 2. Ograniczeń możliwości obróbkowych. Wynikają one ze specyfiki: sposobu obróbki (np. możliwości jakościowo-dokładnościowe), obrabiarki (np. zakresu parametrów skrawania, mocy, sztywności itp.), narzędzia (np. trwałość, wytrzymałość) oraz ze specyfiki samego przedmiotu obrabianego (np. sztywność, obrabialność). 3. Wydajności i ekonomii wytwarzania, które przyczyniają się do wytwarzania produktu w możliwie najkrótszym czasie lub/i przy najniższych kosztach. Jedną z metod doboru parametrów obróbki z jednoczesną ich optymalizacją jest metoda programowania liniowego. Sprowadza się ona do ustalenia kryterium optymalizacji, któremu przyporządkowuje się funkcję celu np. najniższy koszt operacji czy największą wydajność obróbki. Poszczególne ograniczenia przedstawia się w formie równań liniowych, które przedstawione w formie graficznej tworzą wypukły wielobok rozwiązań. Przykład doboru parametrów skrawania dla toczenia pozwalający na uzyskanie korzystnej postaci wióra przedstawia rys. 25.

26 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 26 Rys. 25. Zmodyfikowany model matematyczny doboru parametrów skrawania w interpretacji graficznej MPL (metody programowania liniowego) pozwalający na uzyskanie korzystnej postaci wióra Układ współrzędnych logarytmicznych przedstawia na osi odciętych X=ln f a na osi rzędnych Y = ln n, gdzie prędkość n i posuw f są parametrami optymalizacji. Przedstawiony na rys. 25 wielobok rozwiązań jest ograniczony kolejno prostymi: 1 ograniczenie wynikające z minimalnego posuwu tokarki, 2 ograniczenie ze względu na stabilność dynamiczną układu, 3 ograniczenie wynikające z maksymalnego posuwu tokarki, 4 ograniczenie ze względu na maksymalną prędkość obrotową wrzeciona tokarki, 5 ograniczenie ze względu na moc tokarki, 6 ograniczenie ze względu na minimalna prędkość obrotową wrzeciona tokarki, 7 ograniczenie ze względu na minimalna wartość posuwu, dla której powstaje korzystna lub dopuszczalna postać wióra, 8 ograniczenie posuwu maksymalnego wynikające z zaleceń producenta ostrzy dla danego łamacza wióra. Wstępny dobór parametrów obróbki powinien być logicznym ciągiem decyzji, następujących zgodnie z algorytmem przedstawionym na rys. 26. Za pomocą algorytmu można wybrać zestaw parametrów skrawania dający maksymalną wartość objętościowej wydajności obróbki. Kryterium to sprawdza się także przy uwzględnianiu ograniczeń płynących od żądanej chropowatości powierzchni. Należy zwrócić uwagę, że nie wolno w oderwaniu od lokalnego środowiska obróbki posługiwać się zaleceniami producentów narzędzi.

27 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 27 Rys. 26. Przykładowy algorytm doboru parametrów skrawania dla toczenia oparty na rekomendacjach katalogowych, zaproponowany przez autora Rys. 27 przedstawia algorytm korekty parametrów skrawania procesu toczenia, uwzględniający postać otrzymywanego wióra w lokalnych warunkach obróbki. Należy stwierdzić, że nie istnieje niezawodny system, prowadzący do kształtowania i sterowania postacią wiórów. Wpływ czynników związanych z ostrzem, parametrami skrawania i materiałem obrabianym jest złożony to wieloskładnikowa złożona struktura. Proponuje się korektę parametrów skrawania, opartą na zmianie wartości posuwu i testowaniu kontrolnym proponowanych parametrów w module symulacyjnym. Analizując wyniki wszystkich przeprowadzonych przez autora prób obróbkowych, należy stwierdzić, że zwiększanie wartości posuwu może korzystnie wpłynąć na postać wióra.

28 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 28 Rys. 27. Algorytm korekty posuwu dla uzyskania poprawnej postaci wióra w toczeniu Narzędzie i wartości początkowe są dobierane na podstawie zaleceń producenta narzędzi (powinny być dobrane zgodnie z algorytmem z rys. 26). Jeżeli monitorowana postać wióra jest korzystna lub dopuszczalna, proces obróbki może być zakończony tylko wtedy, gdy którekolwiek ograniczenie w module monitorowania procesu jest przekroczone. Jeżeli postać wióra jest niepożądana, należy sprawdzić wartość posuwu w proponowanym rozwiązaniu. Jest ona skorelowana z chropowatością obrobionej powierzchni, gatunkiem węglika, wartością siły skrawania i użytecznym zakresem pracy łamacza wiórów. Jeśli jest to możliwe, należy wartość posuwu zwiększyć. Aby sprawdzić wpływ posuwu, można zastosować procedury symulacyjne. W module symulacyjnym (rys 28.) można sprawdzić wypełnienie rowka wiórowego, obliczyć siły skrawania, chropowatość powierzchni i rozkład temperatury w strefie skrawania. Informacje te są niezbędne do podjęcia decyzji o korekcie parametrów skrawania.

29 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 29 Rys. 28. Proponowane zadania modułu symulacyjnego Rys.29. Wykorzystanie modułu symulacji do analizy ruchu wybranych punktów wióra

30 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 30 W przypadku możliwości zastosowania systemu wizyjnego wraz z odpowiednim oprogramowaniem (np. TEMA firmy Vision Research) można wykorzystać sprawdzić poprawność procedury symulacyjnej zgodnie z algorytmem z rys. 29. W przypadku braku zgodności porównywanych wielkości, należy zmodyfikować parametry symulacji: oddzielnie modeli (materiałowego i geometrycznego) oraz warunków brzegowych, głównie na styku wióra z ostrzem (np. współczynnik tarcia). 1. Słodki B., Zębala W.: Analiza pracy łamacza wiórów podczas toczenia materiałów trudnoskrawalnych, Inżynieria Maszyn (Machine Engineering), vol.11 No 4, 2006 r., ISSN X, s Słodki B., Zębala W.: Efektywny zakres pracy łamacza wiórów a lokalne warunki obróbki w toczeniu materiałów trudno skrawalnych, Obróbka skrawaniem innowacje pod redakcją Jerzego Stósa, Instytut Zaawansowanych Technologii Wytwarzania, Kraków 2008, ISBN , s Słodki B.: Fizyczne i technologiczne aspekty zwijania i łamania wióra w obróbce superstopów na bazie niklu, monografia, seria mechanika nr. 408, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, ISSN X, 2012 r. rozdział Zębala W., Słodki B., Struzikiewicz G.: Productivity and reliability improvement in turning Inconel 718 alloy case study, (Poprawa produktywności i niezawodności toczenia stopu Inconel 718 studium przypadku), Eksploatacja i Niezawodność - Maintenance and Reliability, ISSN , Volume 15, No. 4, 2013 s Struktura systemu wspomagania decyzji w doborze parametrów obróbki Ze względu na złożoność zjawisk występujących w obróbce skrawaniem oraz z uwagi na fakt, że wpływ poszczególnych elementów układu OUPN na okres trwałości ostrza nie jest jednoznacznie określony, występują trudności w zdefiniowaniu optymalnych parametrów skrawania. W związku z tym, system doboru warunków skrawania musi mieć charakter systemu doradczego, składającego się z wielu modułów, współpracujących razem, a służących do rozwiązywania problemów cząstkowych. Wielość rozwiązań komercyjnych (np. CoroGuide firmy SandvikCoromant i Wintoms firmy Kennametal) wskazuje na to, że system taki może nie być wystarczający dla wszystkich przypadków. Przydatność i poprawność danego systemu zależy tylko od jego oceny przez użytkownika. Aby wyjść naprzeciw stawianym wymaganiom w zakresie racjonalnego wyboru warunków skrawania jest niezbędne zestawienie systemu przepływu informacji i wiedzy. Zaproponowaną strukturę takiego systemu doboru warunków skrawania przedstawia rys. 30. System taki powinien zawierać szereg programów komputerowych korzystających z baz danych i wiedzy. Strukturę systemu podzielono na dwie części połączone magistralą informacyjną, gdyż każdy z modułów powinien mieć dostęp do każdej informacji systemu. Pierwsza część to bazy danych i wiedzy, zawierające zalecenia producentów narzędzi dotyczące parametrów skrawania i rodzajów ostrzy oraz zalecenia obróbkowe producentów materiałów obrabianych. Nie bez znaczenia jest trudna do sformalizowania baza wiedzy technologa. Z kolei równie niezbędna jest baza danych o obrabiarkach, gdyż ze względu na ich właściwości techniczno - ruchowe można dokonać wyboru właściwej obrabiarki, chociażby pod względem możliwości realizacji odpowiedniej prędkości ruchu posuwu.

31 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 31 Proces skrawania powinien być nadzorowany przez przekazywanie (do technologa i systemu) informacji, o jakości jego realizacji. W związku z tym niezbędne jest nadzorowanie tego procesu systemem wizyjnym. Systemy pomiaru sił skrawania lub temperatury mają ograniczone możliwości zastosowania w warunkach produkcyjnych, chociaż są bardzo istotne przy prowadzeniu badań naukowych. Przetwarzanie danych i ich obróbka należą już do drugiej grupy składników systemu. W jej skład wchodzą, więc następujące moduły: Rys. 30. Struktura systemu doboru warunków toczenia

32 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 32 pomocy w doborze parametrów skrawania, optymalizacji szeregu składowych procesu, symulacji i modelowania zjawisk w procesie skrawania, symulacji CAM, wizyjnego systemu monitorowania procesu skrawania. Moduł symulacji i modelowania zjawisk w strefie skrawania musi zawierać model materiałowy narzędzia i przedmiotu obrabianego oraz model geometryczny przy określonych warunkach brzegowych. Szczególnie przydatne wydają się być modele 3-D narzędzi. Pozwalają one na: wizualizację narzędzia w zaprezentowanym przykładzie jest to model noża tokarskiego składanego z wieloostrzową płytką skrawającą (rys ), można korzystając z modelu przeanalizować kształt łamacza wióra na różnych głębokościach skrawania (rys. 33) przeprowadzenie analizy odkształceń, naprężeń w ostrzu pod wpływem przyłożonej siły skrawania, uzyskanej z pomiarów lub wynikającej z zależności teoretycznych na podstawie danych katalogowych (rys. 34), przeprowadzenie analizy obciążenia termicznego ostrza rozkład temperatury (rys. 35). Rys. 31. Modele elementów wchodzących w skład noża tokarskiego:1 - mocowanie płytki skrawającej, 2 - płytka skrawająca, 3 - mocowanie płytki podporowej, 4 - płytka podporowa, 5 - oprawka Rys. 32. Model noża z utworzoną siatką bryłową do analizy obciążeń metodą elementów skończonych, program SolidWorks Rys. 33. Przykład przekroju płytki na głębokościach: a) 0.5mm, b) 1.5mm, c) 2.5mm oraz d) płaszczyzny tworzące wszystkie przekroje. Można na tej podstawie przeanalizować kształt łamacza wióra przy różnych głębokościach skrawania, program CATIA V5

33 Autoreferat Dr inż. Bogdan Słodki 33 a) b) Rys. 34. Przykład wykorzystania analizy MES do określenia zmiany wartości naprężeń na powierzchni natarcia wraz ze wzrostem posuwu, a) f = 0.2 mm/obr, b) f = 0.3 mm/ obr, obszar ciemniejszy pokazuje wzrost naprężeń Rys. 35. Wykres rozkładu temperatury na powierzchni natarcia uzyskany z programu SolidWorks Moduł powinien służyć także do symulacji wypełnienia rowka wiórowego przez wiór przy zadanych parametrach skrawania. Jak wcześniej wspomniano ma to zasadniczy wpływ na kształt i łamanie wióra. Weryfikacji poprawności przyjętych parametrów skrawania, jak i ich wpływu na postać wióra w warunkach rzeczywistych można dokonać za pomocą wizyjnego systemu monitorowania. Jeżeli system jest wyposażony w kamerę do szybkiego filmowania oraz istnieje możliwość wykorzystania oprogramowania do analizy kinematyki ruchu punktów, można umieścić moduł symulacyjny w strukturze programu tak, jak to pokazano w algorytmie na rys. 29. Przykładowo, weryfikacji można poddać ruch wybranych punktów warstwy skrawanej materiału obrabianego. Analiza kinematyczna dotyczy form ruchu zdefiniowanego punktu, jego prędkości i przyspieszenia, obliczonych w wyznaczonym przedziale czasowym. W przypadku braku zgodności porównywanych wielkości, należy zmodyfikować parametry symulacji: oddzielnie modeli (materiałowego i geometrycznego) oraz warunków brzegowych, głównie na styku wióra z ostrzem (współczynnik tarcia). 1. Słodki B.: Fizyczne i technologiczne aspekty zwijania i łamania wióra w obróbce superstopów na bazie niklu, monografia, seria mechanika nr. 408, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, ISSN X, 2012 r. rozdział Słodki B.: Computer decision support system structure for machining data selection in turning, Advances in Manufacturing Science and Technology, vol. 37, no. 2/2013, s